某輕卡定速巡航不穩原因探索和改進

曹超，班艷琴，張建強，郭忠蕊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

定速巡航系統(CRUISE CONTROL SYSTEM) 縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置，自動駕駛系統等。其作用是：按司機要求的速度合開關之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。定速巡航原理主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發來的脈沖信號與設定的速度進行比較，通過精準的電子計算發出指令，保證車輛在設定速度下的最精準供油量。本文主要探索某輕卡定速巡航不穩的原因及改進措施。

1 故障問題回顧

1.1 問題背景

某輕卡車型在市場反饋巡航車速不穩定，主要表現為：啟動巡航，車速設定在100km/h時，儀表盤讀數不變，但駕駛員能感受到車輛不時前竄和減速，經過診斷儀檢測，得知在該狀態下，實際車速在97km/h～100km/h之間頻繁波動。

1.2 問題確認

在定遠試驗場高環跑道對未出廠的該車進行巡航路試（變速箱檔位為最高檔）：儀表指針在 100km/h時開啟巡航后，儀表指針在100-111不停擺動，車輛有抖動感；且真實車速為 100km/h時，發動機接收到的車速信號在 93.5-104 km/h之間不斷變化，誤差范圍達10.5%，大于發動機對車速信號 2%的誤差要求，發動機需不斷的對油門進行調整。確認存在兩個問題：

1）車速表指針上下浮動較大。

2）駕駛員和乘員能感受到車輛前后不停竄動的抖動感。

2 原因分析

2.1 定速巡航控制原理

定速巡航系統是經過采集車速信號，計算分析并對比設定車速，通過控制電子油門傳感器輸出的信號，控制節氣門開啟大小的調整，來實現對車輛速度的控制。定速巡航功能開啟后，定速巡航模塊會通過電子油門傳感器輸出的信號，精確計算為保持當前定速巡航速度，需要控制節氣門開啟的角度大小，從而使得氣、油精確配合，來達到定速巡航所設定的行駛速度。

圖1 巡航控制原理圖

車速傳感器一般位于變速箱上，檢測輸出軸上的轉速來獲取車速信號，車速信號經過頻率轉化模塊降頻后發到儀表中，儀表一方面自己使用，另一方面被降頻后的車速信號發送到CAN總線，供ECU使用，ECU分析對比設定車速，實現對電子油門的精確控制。

2.2 發動機廠家相關要求

目前獲取了康明斯、邁思福、錫柴、濰柴發動機關于巡航的相關要求，對比說明如下：

1）ECU電控原理圖要求，不同廠家針腳定義位置不同，對應開關信號要求基本相同；

2）巡航控制邏輯：最低巡航車速設定不同，增速減速步進速度設定不同，退出邏輯基本相同；

3）發動機ECU對整車提供的車速信號精度要求不同。

圖2 發動機車速精度要求

2.3 整車車速信號精度測試

該車型匹配的車速里程表傳感器，由變速箱輸出軸通過蝸輪蝸桿機構機械驅動傳感器輸入軸，每轉輸出8個脈沖信號。在高環采集的匹配此傳感器的一組整車CAN車速信號。

最高車速信號：96.4km/h，最低車速信號：91.1km/h，基準車速94，誤差5.6%。

車輛巡航時發動機接收到的車速信號不能滿足±1%的精度要求，故可初步判斷車速信號精度為影響定速巡航穩定性的關鍵要素。

3 改進方案

3.1 提高現有傳感器精度

3.1.1 現傳感器的信號精度

要求廠家對現供貨傳感器和改進的傳感器進行臺架測試，誤差波動范圍較大（3%-29%），不能滿足要求。

3.1.2 尋找新的傳感器供應商

尋找了國內另一電器廠家生產的同類傳感器，并提供了3個樣件，經高環測試 CAN線整車車速信號誤差分別為：1.7%、2.7%、2.3%。

其中誤差為 1.7%的傳感器：基準車速 76km/h，最搞車速76.6 km/h，最低車速75.3 km/h，誤差1.7%，精度為+0.8%和-0.9%，滿足發動機的巡航要求。將傳感器更換到該故障車型上，在定遠路試巡航時車速指針平穩，車輛無抖動現象。

提高現結構車速傳感器精度到誤差允許范圍內，巡航問題可解決。

3.2 新型傳感器

3.2.1 非接觸式霍爾傳感器

非接觸式霍爾傳感器結構是經過電線束和裝在變速器后軸承蓋上的電子里程表傳感器連接在一起，我們稱這種電子里程表傳感器為非接觸式霍爾里程表傳感器。

傳感器探頭與里程表轉子之間有一定的間隙，這個間隙一般控制在 1.4±0.6mm。當汽車行駛時，里程表靶輪與變速器輸出主軸一起轉動，當里程表靶輪的某一個齒轉動到傳感器探頭對應的位置時，探頭中的敏感器件受到里程表轉子磁場作用輸出一個低電平，當里程表轉子的齒沒有與傳感器探頭對準，探頭中的敏感器件沒有受到磁場作用而輸出高電平。這樣變速器輸出軸每轉動一周，里程表傳感器就有8 個方波脈沖信號輸出，經連接線束傳給車速里程表。

3.2.2 非接觸式霍爾傳感器工作原理

霍爾式傳感器是一種磁電式傳感器，它是利用霍爾元件基于霍爾效府原理而將被測量轉換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止狀態下具有感受磁場的獨特能力，并且具有結構簡單、休積小、噪聲小、頻率范圍寬、動態范圍大以及壽命長等特點，因此獲得了廣泛應用。金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現象稱為霍爾效應。

圖3 霍爾傳感器

利用霍爾原理將接收到最大或最小磁場強度的點作為輸出轉換點，依此來開、關輸出引腳的電平量。當靶輪的齒凸與齒凹的位置對著傳感器感應區時，穿過霍爾元件的磁場強度會發生變化。

3.2.3 非接觸式霍爾傳感器驗證

（1）在高環跑道進行精度測試：80(儀表指示）巡航，儀表發送到CAN上的車速信號如下：最高78.1，最低77.4，真實車速77.7，誤差0.9%，可滿足要求。

（2）通過將接觸式里程表傳感器更換為新型非接觸式霍爾傳感器，請標定部對該車巡航的駕駛性進行評價，評價結果如下：

①進入巡航、退出巡航以及加減速等各巡航功能正常。

②巡航車速穩定性：60km/h，80km/h，100km/h幾種車速情況下對車輛巡航車速穩定性進行了評價。以上巡航時車輛通過了平路、坡道等路段，各種路況下車輛能以穩定的車速進行巡航，主觀感受和觀察儀表均察覺不到車速的明顯變化，主觀感受良好。在通過上坡和下坡的過程中，車速穩定，從儀表上未見車速的變化，車速的波動值在±1.5～2km/h以內（主觀判斷），該車的巡航車速穩定性良好（評價時車輛空載）。

小結：匹配非接觸式霍爾傳感器可以解決巡航問題。

3.2.4 技術對比

對比于接觸式里程表傳感器，霍爾傳感器主要有以下特點：

（1）接觸式傳感器在早期的車上應用廣泛，但是由于其存在傳動部件，機械磨損難免，變速箱輸出軸的軸向竄動可能導致蝸輪或蝸桿的斷裂，這種結構性的缺陷導致其故障率較高，且維修不便。同時其剛性配合，軸心偏差有可能導致變速箱漏油，由于軸向跳動，輸出信號也會出現缺失和不穩定。

（2）非接觸式傳感器由于零件少，去除了機械傳動機構，故障點減少，維修方便，是車速傳感器的發展方向，目前正逐步大量應用。

（3）隨著國四、國五的實施，各種新技術（如自適應巡航、主動緊急制動等）的不斷推廣應用，對高精度車速信號的需求越來越嚴格。

（4）霍爾傳感器價格高約30元。

4 結束語

通過原因分析，實車驗證充分說明了里程表傳感器的精度對定速巡航穩定性的重要影響，提高里程表傳感器精度可有效解決該輕型卡車巡航時車速不穩的故障。而提高里程表傳感器精度可從以下兩個角度來實現：

1）采用現有傳感器結構，尋找新的供應商和傳感器標桿件，提高車速里程表傳感器的精度，使整車車速信號精度控制在發動機要求范圍以內，變速箱結構不需要作調整。

2）匹配非接觸式霍爾傳感器，變速箱取消蝸輪蝸桿，匹配靶輪，變速箱后蓋需重新開模，以保證霍爾傳感器的安裝。

參考文獻

[1] 李曉萍著.汽車定速巡航系統研究與實現[J].科技創新導報,2009(27).

[2] 代玉軍.定速巡航系統功能介紹及注意事項[J].科技視界,2013(24).

[3] 路國慶.脈沖檢測方法的霍爾傳感器在里程表中的應用[J].機械設計與制造.2009(01).

[4] 尚峰斌.車速里程表的工作原理及優缺點[J].汽車實用技術.2012(10).

[5] 鄭發農.電子式車速里程表[J].自動化儀表.2000(06).

[6] 段志敏.德龍車系車速信號的產生與應用原理[J].汽車電器.2014(09).

[7] 徐旭.商用車車速里程表傳感器與儀表的匹配[J].汽車實用技術.2013(09).